大跨度結(jié)合梁斜拉橋
2018-04-02
1前言
鋼——混凝土結(jié)合梁斜拉橋是近期發(fā)展起來(lái)的一種新型結(jié)構(gòu)體系。選用受力較為合理的結(jié)合梁橋面結(jié)構(gòu)型式，已成為當(dāng)今大跨度斜拉橋的重要橋面結(jié)構(gòu)型式；雖然結(jié)合梁斜拉橋設(shè)計(jì)與施工控制機(jī)理較為復(fù)雜，工程造價(jià)略高（相對(duì)于混凝土斜拉橋），但其跨越能力與建造速度已遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)混凝土斜拉橋，為特大跨度斜拉橋的建造創(chuàng)造了條件[2]。
結(jié)合梁斜拉橋主要的結(jié)構(gòu)型式：在鋼主梁和鋼橫梁組成的框架結(jié)構(gòu)上鋪設(shè)混凝土橋面板，混凝土橋面板通過(guò)鋼梁頂面的剪力鍵與后澆的混凝土濕接縫連接為一整體而共同受力。根據(jù)其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，斜拉索在同一梁段施工期間需要多次張拉，且前兩次張拉的索力一般不是很大，這樣就決定了每次的張拉力比較??；那么，就有可能在前面幾次張拉后，斜拉索的錨頭還未拔出錨墊板，這時(shí)就需要接長(zhǎng)桿暫時(shí)將其接長(zhǎng)以承受后續(xù)施工荷載，待張拉端的錨頭拔出錨墊板且螺母可以錨固在張拉端錨頭時(shí)，就可以將螺母錨固在拉索錨頭上。
本文以重慶江津觀音巖長(zhǎng)江大橋?yàn)楸尘?，結(jié)合施工監(jiān)控單位提供的斜拉索無(wú)應(yīng)力長(zhǎng)度介紹大跨度結(jié)合梁斜拉橋在施工期間拉索接長(zhǎng)桿長(zhǎng)度的計(jì)算方法，為該橋斜拉索的張拉提供指導(dǎo)。
2工程概況
江津觀音巖長(zhǎng)江大橋是重慶繞城公路南段跨越長(zhǎng)江的重要工程，也是規(guī)模最大的特大橋，該橋在江津市觀音巖附近跨越長(zhǎng)江，連接滴水岸和南澎岸，我單位負(fù)責(zé)南澎岸側(cè)橋梁結(jié)構(gòu)施工，其結(jié)構(gòu)布置如圖2.1所示。
圖2.1南澎岸結(jié)構(gòu)布置圖
主橋跨布置為35.5+186+436+186+35.5m，主橋共長(zhǎng)879m。主梁的結(jié)構(gòu)形式為雙工字型結(jié)合梁，在雙工字鋼縱梁間每隔4米（0號(hào)梁段每隔3.6米）設(shè)置一根鋼橫梁將其連接為一框架結(jié)構(gòu)；縱向半漂浮體系，在索塔下橫梁與梁體間設(shè)置油壓阻力器；橫向采用限位支座；斜拉索全橋68對(duì)，按雙索面扇形布置，標(biāo)準(zhǔn)節(jié)段索距在主梁上為12m。
斜拉索共有7種規(guī)格，分別為：PES7-187、PES7-151、PES7-199、PES7-253、PES7-283、PES7-313、PES7-349；整個(gè)主梁自重和汽車(chē)荷載主要靠這些斜拉索傳給主塔。
3施工流程
一般在主塔施工結(jié)束后，即可進(jìn)入結(jié)合梁主梁的施工，其施工方法基本采用橋面吊機(jī)以及輔助安全操作平臺(tái)進(jìn)行懸臂對(duì)稱(chēng)安裝。重慶江津觀音巖長(zhǎng)江大橋主梁的結(jié)構(gòu)型式為雙工字型結(jié)合梁，在雙工字鋼縱梁間設(shè)置鋼橫梁，且各鋼梁間通過(guò)高強(qiáng)螺栓栓接，這種結(jié)構(gòu)施工工序復(fù)雜，在現(xiàn)場(chǎng)拼裝、架設(shè)的構(gòu)件多。
重慶江津觀音巖長(zhǎng)江大橋主梁標(biāo)準(zhǔn)梁段施工流程主要分七個(gè)步驟，其施工流程為：
第一步：鋼梁匹配，包括雙工字鋼縱梁、鋼橫梁、小縱梁、車(chē)道梁；
第二步：掛索，斜拉索第一次張拉；
第三步：對(duì)稱(chēng)吊裝混凝土橋面板；
第四步：斜拉索第二次張拉；
第五步：對(duì)稱(chēng)澆注混凝土濕接縫，養(yǎng)護(hù)（3天）；
第六步：斜拉索第三次張拉；
第七步：橋面吊機(jī)前移，進(jìn)入下一梁段的安裝；
圖3.1標(biāo)準(zhǔn)梁段施工流程圖
4接長(zhǎng)桿長(zhǎng)度的確定
如上面標(biāo)準(zhǔn)梁段施工流程圖所示，在一個(gè)梁段施工中，同一號(hào)斜拉索需要經(jīng)過(guò)三次張拉，那么第一次的張拉力一般較小，當(dāng)斜拉索比較長(zhǎng)時(shí)，就可能在第一次張拉后，斜拉索的錨頭還未出錨墊板或者其伸出量還不足以讓永久錨固螺母錨固；而第一次張拉后到第二次張拉還要經(jīng)過(guò)一段時(shí)間，在這段時(shí)間內(nèi)，不可能讓張拉千斤頂一直承受在這段時(shí)間的拉索索力，這時(shí)就需要用接長(zhǎng)桿將錨頭接長(zhǎng)，然后通過(guò)另外加工的和接長(zhǎng)桿配套的臨時(shí)螺母錨固；若斜拉索第二次張拉后，永久錨固螺母還不能錨固在錨頭上，則繼續(xù)通過(guò)上述方法錨固，以保證施工安全。在接長(zhǎng)桿后，往往需要連接張拉桿，以便千斤頂?shù)膹埨?。斜拉索張拉時(shí)，各構(gòu)件布置如圖4.1所示。
圖4.1張拉構(gòu)件布置圖
?、?mdash;索塔，②—斜拉索，③—錨頭，④—接長(zhǎng)桿，⑤—張拉桿，⑥—永久錨固螺母，⑦—臨時(shí)錨固螺母，⑧—張拉螺母，⑨—支撐架，⑩—千斤頂
顯然，要確定接長(zhǎng)桿的長(zhǎng)度，必須要知道斜拉索各次張拉后，張拉端錨頭的具體位置，再結(jié)合永久錨固螺母和臨時(shí)錨固螺母的厚度即可確定接長(zhǎng)桿的長(zhǎng)度。
本橋施工采用幾何控制法進(jìn)行施工控制，根據(jù)施工監(jiān)控單位提供的成橋時(shí)的最終無(wú)應(yīng)力索長(zhǎng)以及各次張拉后斜拉索對(duì)應(yīng)的中間狀態(tài)無(wú)應(yīng)力索長(zhǎng)[3]，再結(jié)合斜拉索固定端螺母的定位位置就可以確定各次張拉后斜拉索張拉端的錨頭位置，從而確定接長(zhǎng)桿長(zhǎng)度，具體方法如下：
圖4.2斜拉索構(gòu)造圖
L—斜拉索制造總長(zhǎng)，L1—張拉端錨頭總長(zhǎng)，L2—螺母厚度，L3—張拉端非錨固長(zhǎng)度，L4—張拉端有效錨固長(zhǎng)度， L5—張拉端安全距離，L11—錨墊板到張拉端錨頭尾部距離；帶“’“號(hào)的為固定端對(duì)應(yīng)長(zhǎng)度；
一旦斜拉索型號(hào)選定，則錨頭的構(gòu)造尺寸就可確定，如圖4.2所示；要想確定張拉端螺母在各次張拉后的位置，首先就要確定固定端螺母的錨固位置，因?yàn)樗坏┐_定就不能再移動(dòng)；一般固定端螺母厚度中心定位在與其有效錨固長(zhǎng)度的中心重合，這樣再根據(jù)各次張拉后的的無(wú)應(yīng)力索長(zhǎng)和斜拉索的制造總長(zhǎng)就可確定張拉端螺母的定位位置L11。
設(shè)斜拉索第一次張拉后對(duì)應(yīng)的無(wú)應(yīng)力索長(zhǎng)為L(zhǎng)w1，則有：
L11＝Lw1＋L3’ ＋L4’/2＋L2’/2－ L（4-1）
公式中各符號(hào)意義如圖4.2所示；
若L11為負(fù)，表示張拉端錨頭已經(jīng)拔出錨墊板；
若 L11為正，表示張拉端錨頭還未拔出錨墊板。
